Как да се осигури ефектът от охлаждането на електрическите къщи?

Разбиране на топлинните натоварвания в електрически табла

Количествено определяне на генерираната вътрешна топлина от силови компоненти

Електрическите табла, които монтираме, обикновено се нагряват значително вътрешно поради всички работещи енергийни компоненти. Вземете например трансформаторите, VFD-та и превключвателните уредби – тези устройства обикновено губят около 3 до 8 процента от подаваната им енергия под формата на топлина при работа. Представете си стандартен трансформатор 500 kVA – той може да отделя около 15 киловата топлинна енергия. Според стандарта IEC 60076-2023, ако оборудването работи дори с 10 градуса по Целзий над проектната си температура, неговият живот се скъсява наполовина. Затова правилното изчисляване на топлинната товарност е абсолютно критично за качественото проектиране на системата. При определянето на количеството топлина, което се натрупва вътре в тези шкафове, техниците обикновено вземат предвид спецификациите за мощност на компонентите, честотата на работа на всеки елемент и се консултират и с предоставените от производителите диаграми за ефективност.

Оценка на външни топлинни влияния: външни условия и слънчево нагряване

Цял куп външни условия усилват топлинния стрес още повече. Слънцето може да облъчва корпусите с около 150 вата на квадратен метър допълнителна топлина, а когато температурата на въздуха надхвърли 40 °C, естествените процеси за охлаждане стават много неефективни — техната ефективност намалява приблизително с 30%. Сезонните промени означават, че инженерите трябва да мислят динамично, вместо да се придържат към старите статични модели. Това е особено важно за фабриките в сухи райони, където машините всъщност изискват с 25 % повече охладителна мощност в сравнение с места с по-умерен климат. Разполагането на оборудването на умни места помага да се намали прякото слънчево въздействие и по-добре да се използват местните посоки на вятъра, така че топлината просто „изтича“ без нужда от сложни системи.

Избор на ефективни методи за отвеждане на топлината от електрически шкафове

Пасивни решения: топлоотводи, термични интерфейсни материали и топлоносители

Пасивното охлаждане използва собствените природни процеси на затопляне и охлаждане, което означава, че не се нуждае от външен източник на енергия. Когато говорим за алуминиеви или медни радиатори, те по същество увеличават повърхността, чрез която топлината се отвежда чрез конвекция и радиация. Добре проектирани системи могат да понижат температурата на устройствата с около 15 до 20 градуса по Целзий. Термичните интерфейсни материали, известни в индустрията като TIMs, запълват микроскопичните въздушни зазори между компонентите и повърхностите им за охлаждане. Това подобрява преноса на топлина, който понякога може да бъде до пет пъти по-ефективен в сравнение с просто въздушен охладител. Топлообменните тръби също са доста впечатляващи. Те работят по принципа на изпарение и кондензация на течност, което позволява много ефективно отвеждане на топлина. Такива тръби могат да пренасят около 90 процента повече топлина в сравнение със същото количество масивна мед. Производителите на електрическо оборудване намират тези методи за пасивно охлаждане за много привлекателни, тъй като обикновено служат над десетилетие без нужда от голямо внимание, а освен това изцяло липсва текущ разход за електроенергия.

Опции за активно охлаждане: Филтриращи вентилатори, Въздух-въздух топлообменници и Климатични уреди за обшивки

Активните системи за охлаждане се включват, когато външните фактори надвишават безопасните стойности или когато топлината, генерирана вътрешно, надминава възможностите на пасивните методи. Вентилатори с класификация NEMA 4 помагат да се предотврати навлизането на прах, като задвижват около 300 кубични фута в минута охладен въздух, което е подходящо за ситуации със средно натоварване по отношение на топлината. Въздушните топлообменници създават бариера между вътрешния и външния въздух, отговаряща на стандарт IP54, като тези устройства успяват да отвеждат около 2 до 3 киловата излишна топлина чрез кондукция. За особено трудни условия, като електроцентрали на открито или сгради в пустинен климат, са необходими специализирани климатици за кабини, за да се поддържа постоянна температура от 25 градуса Целзий, въпреки топлинни натоварвания над 5 киловата. Решенията с принудителна циркулация на въздух определено понижават температурата в горещите точки понякога с около 35 градуса Целзий, но това идва с цена, тъй като обикновено изискват около 15 процента повече енергия в сравнение с добре оптимизираните пасивни аналогови системи.

Проектиране за оптимален въздушен поток и подредба на компонентите в електрически помещения

Стратегическо разположение за избягване на горещи точки и осигуряване на пътища за естествена конвекция

Начинът, по който са подредени компонентите, има голямо значение при термичното проектиране. Когато поставяте устройства с високо топлинно отделяне, като ПЧИ, логично е да ги разположите близо до места с добър въздушен поток, но тези горещи точки трябва да са на разстояние от чувствителни уреди. Защо? Защото електромагнитните смущения могат да причинят проблеми, а проучвания показват, че те допринасят за повече от една трета от всички термично свързани повреди. Оставете поне 20% свободно пространство около всеки компонент, генериращ топлина, за да може въздухът да се движи нагоре естествено. Помислете за ефекта на комин, при който студеният въздух се издига нагоре сам, без да се налага използването на вентилатори или помпи. Този прост трик всъщност може да понижи вътрешната температура с около 15 градуса Целзий. Важно е също правилно да се определи разстоянието, тъй като блокираният въздушен поток създава горещи точки, които никой не желае, когато се стремим системата да работи плавно в цялост.

CFD-обоснована вентилация на кутия и управление на препятствия

Използването на симулации чрез изчислителна динамика на течности (CFD) може да разкрие сериозни топлинни проблеми още преди да е започнало реално производство. Когато инженерите моделират как въздухът се движи през оборудването, проследяват промените в налягането по повърхностите и идентифицират зони, в които компонентите биха могли да прегряват, те откриват множество проблеми, които никой нормално не би забелязал. Например, неправилно позиционирани отвори за вентилация създават турбуленция вместо гладък въздушен поток, докато определени места стават горещи точки, защото изобщо не достига въздух до тях. Проучвания на няколко инженерни фирми показват, че когато проектирането на корпуси се оптимизира чрез CFD методи, продуктите отделят топлина приблизително 40 процента по-ефективно в сравнение със стандартните конструкции. Някои практически съвети за максимална полза от CFD анализ включват накланяне на вентилационните отвори под точно определен ъгъл, за да се насърчат гладки модели на въздушния поток, да се държат електрическите кабели на разстояние от основните вентилационни канали и да се осигури изпускателните отвори да са значително по-големи от вдъхващите — обикновено с 20 до 30 процента по-големи работи най-добре за създаване на естествени конвекционни течения. Провеждането на такива симулации в ранен етап от процеса на проектиране спестява средства на по-късен етап, като предотвратява скъпи преработки, а също така помага да се гарантира, че всичко остава в безопасни температурни граници, като едновременно с това се спазват всички структурни и околните среди изисквания за безопасност, които производителите трябва да спазват.

Балансиране на опазването на околната среда и топлинната производителност при електрически кутии за сгради

За инженерите, които работят върху промишленото оборудване, винаги съществува този баланс, когато става въпрос за кутии. Те трябва да отговарят на строги изисквания за околната среда, като IP66 или NEMA 4X класации, но в същото време трябва да позволяват достатъчно охлаждане, за да не се достига до прегряване. Добра защита срещу прах, вода и корозивни елементи е абсолютно задължителна за важни системи, без никакво съмнение. Но ако прекалим с уплътняването, топлината се задържа вътре и всъщност ускорява повредата на компонентите. Вземете например компресионните уплътнения. Те работят отлично, за да задържат нещата навън, но тогава ни трябва нещо друго, за да се справи с натрупването на топлина. Обикновено това означава добавяне на проводими материали към стените на кутията или вграждане на някакъв тип радиатор някъде в конструкцията. В противен случай всички тези защитни мерки просто стават част от проблема, вместо да бъдат решението.

Решенията за вентилация помагат да се преодолее несъответствието между нуждите от въздушен поток и защитата срещу неблагоприятни условия. Перкени вентилационни отвори, оборудвани с филтри за твърди частици, работят ефективно заедно с вентилатори с NEMA рейтинг, като осигуряват циркулация на въздуха и в същото време предпазват оборудването от прах, корозия и контакт с вода по време на измиване. За термален контрол има няколко подхода, които заслужават внимание. Материали за термален интерфейс подобряват предаването на топлина от горещи компоненти към стените на кутията. Освен това изолацията може стратегически да се поставя за защита от температурни колебания извън кутията. Тези методи стават особено важни на определени места. Прибрежните райони с висока влажност се възползват значително от нагреватели срещу кондензация, които предотвратяват щети от влага. По същия начин оборудването, изложено на директни слънчеви лъчи, се нуждае от отразяващи покрития или сенкища, за да се намали натрупването на топлина. Когато разглеждаме IP и NEMA класове, ясно виждаме, че защитата от околната среда и термичното управление не са отделни въпроси. Всъщност те зависят едно от друго, за да осигурят надеждна работа на разпределителните електрически системи в продължение на време.

ЧЗВ

Какво е топлинното натоварване в електрически кутии?

Топлинното натоварване се отнася до количеството топлинна енергия, произведена вътре в електрически кутии, предимно поради вътрешно генерирана топлина от силови компоненти като трансформатори, ВЧИ и разпределителни уредби, както и външни влияния като температурата на околната среда и слънчевото нагряване.

В какво се различават пасивните и активни методи за охлаждане на електрически кутии?

Пасивното охлаждане разчита на естествени процеси и материали като радиатори и топлообменни тръби, докато активното охлаждане използва механични системи като филтрирани вентилатори и климатици за кутии, за да се управлява излишната топлина.

Каква роля играе CFD при проектирането на електрически кутии?

Изчислителната динамика на флуидите (CFD) се използва за моделиране и оптимизиране на въздушния поток в кутиите, като позволява идентифицирането и премахването на потенциални горещи точки и налягане още преди производствения процес.

Защо е важно да се постигне баланс между защитата на околната среда и топлинната производителност?

Балансирането на тези два аспекта осигурява съответствието на електрическите кутии с изискванията за околната среда, като в същото време се предотвратява прегряването, по този начин се осигурява защита срещу прах, вода и корозия, като се позволява достатъчно отвеждане на топлина.